محصولات پودری شیر

 

در زمان های اخیر، شیر بر روی فیلم های نازکی به وسیله غلتک های حرارت دیده، خشک می شده است. این چنین خشک کن های غلطکی، مفهوم اصلی تولید پودر های شیر تا سال 1960 می باشدو از این سال به بعد خشک کن پاششی به کار گرفته شد. امروزه تولید پودر شیر تجارت بزرگی می باشد.

تولید پودر شیر یک فرایند ساده است که امروزه در مقیاس بزرگ انجام می شود، و شامل برکناری آرام آب در کمترین هزینه ممکن، تحت شرایط بهداشتی می باشد و همچنین همه ویژگی های طبیعی شیر مثل رنگ، طعم، حلالیت، و ارزش تغذیه ای شیر حفظ خواهد شد. شیر کامل [1]شامل حدود 87% آب می باشد، در حالی که شیر کم چرب حدود 91% آب می باشد. در طول تولید پودر شیر، این آب به وسیله جوشیدن شیر تحت شرایطی با فشار کم و در دمای پایین حذف می شود که به این فرایند تبخیر[2] گفته می شود.

سپس شیر تغلیظ شده، در یک غباری از هوای داغ پاشیده می شود تا در نتیجه از دست رفتن رطوبت، پودر تولید شود. تقریبا 13 کیلوگرم پودر شیر کامل یا 9 کیلوگرم پودر شیر کم چرب می توان از 100 لیتر شیر کامل بدست آورد. شیر خشک بدون چربی و پودر شیر کم چربی خیلی شبیه به هستند. هر دوی انها به وسیله حذف آب از شیر کم چرب پاستوریزه شده بدست می آیند و حاوی حدود 5% یا کمتر رطوبت، و 5/1% یا کمتر چربی شیر هستند. تفاوت این دو در این است که پودر شیر کم چربی حداقل، 34% محتوای پروتئین شیر را دارد، در حالی که پودر شیر بدون چربی سطح استاندارد پروتئین را ندارد.

علاوه بر پودر شیر کم چربی، محصولات پودری دیگری هم در صنعت لبنی تولید می شود. پودر شیر کم چرب مخلوط شده با چربی شیر بدون آب[3]، یک روش دیگر برای تولید پودر شیر پرچرب می باشد. پودر شیر پر شده با چربی [4]، بر اساس شیر کم چرب و چربی حیوان یا گیاهی می باشد. این محصول ممکن است شامل افزودنی های دیگر مثل امولسیفایر، استابیلایزر، طعم دهنده، و مواد رنگ دهنده هم باشد. پودر شیر خشک شده به وسیله خشک کن پاششی که شامل مقدار بالایی اجزایی با چربی آزاد باشد، برای صنعت شکلات مناسب می باشد و می توان تولید کرد. تولید این نوع پودر شامل پاشش همزمان دو ورودی به خشک کن می باشد که یکی شیر کم چرب تغلیظ شده می باشد که دارای لاکتوز از قبل کریستاله شده است و دیگری خامه می باشد. کریستالیزاسیون در تولید پودر شیر استفاده نمی شود، مگر اینکه چربی آزاد بالا در محصول، مطلوب باشد. از طرف دیگر، تولید پودر آب پنیر به کریستالیزاسیون مقدماتی نیاز دارد. پودر آب پنیر بدون کیک[5]، با استفاده از کریستاله شدن به وسیله خشک کن نقاله ایی [6]تولید می شود. زمان بیشتر بر روی این نقاله ها، کریستاله شدن بیشتر لاکتوز را سبب می شود و کیفیت محصولات آب پنیر را بهبود می دهد. پودر آب پنیر شامل سطح پایینی از لاکتوز به وسیله هیدرولیز آنزیمی تولید می شود، این محصول به عنوان شیرین کننده بستنی استفاده می شود. پروتئین آب پنیر تغلیظ شده[7]، به عنوان یک جز در غذای نوزاد و فرمول های دیگر غذایی استفاده می شود. ترکیب فراپالایش[8]و دیافیلتراسیون منجر به تولید این ترکیب با 99% پروتئین می شود. اسمز معکوس هم برای تولید آب پنیر تغلیظ شده، قبل از خشک کن استفاده می شود. (هنینگ و همکاران[9]، 2005).

لاکتوز خالص شامل 99% لاکتوز در غذای نوزاد، آب نبات، محصولات شیرینی پزی، در دسرها و سس ها استفاده می شود. تولید آن شامل حل کردن کریستال های لاکتوز خام (که به وسیله سانتریفیوژ آب پنیر کریستاله بدست می آید) در آب داغ، و ته نشینی ناخالصی ها با استفاده از حرارت بالا، کربن فعال و اسید ها می باشد. محلول لاکتوز خالص تبخیر و خشک می شود. (هنینگ و همکاران،2005).

پنیر آب زدایی شده (خشک) به عنوان یک جز صنعتی استفاده می شود. این پنیر ها مزیت هایی نسبت به پنیر معمولی دارند از جمله اینکه به آسانی مخلوط می شوند و عمر نگه داری بیشتر، و گوناگونی بیشتری در طعم و ویژگی های ساختاری دارند. تولید پنیر خشک شامل آسیاب کردن پنیر سخت و خشک کردن آن بر روی یک بستر سیال می باشد. اجزای استفاده شده برای تولید پودر پنیر شامل پنیر، آب، نمک های امولسیفایر، و اجزای دیگر مثل استابیلایزر، مواد جامد شیر، رنگ ها و آنتی اکسیدان ها و طعم دهنده ها می باشد. محلول آبکی پنیر به وسیله حرارت دادن و برش دادن پنیر بدست می آید و بعد مخلوط حاصل هموژنیزه می شود و در نهایت برای تولید پودر پنیر با استفاده از خشک کن پاششی، خشک می شود.

علاوه بر چهار محصول مرسوم کازئین (کازئین لاکتیکی[10]، کازئین معدنی اسیدی، [11]رنت کازئین، و کازئینات)، محصولات جدیدی مثل پروتئین آب پنیر هم توسعه پیدا کرده است. پودر شیر با پروتئین بالا با استفاده از فراپالایش و دیافیلتراسیون و در ادامه خشک کردن به وسیله خشک کن پاششی و در دماهای پایین (120 تا 125 درجه سانتی گراد دمای هوای ورودی، 75 تا 80 درجه سانتی گراد دمای هوای خروجی ) تولید می شود. پودر حاصل حاوی حدود 85% پروتئین می باشد. (هنینگ و همکاران،2005).

 

 

3-2 انواع خشک کن ها

عملیات خشک کردن عموما به دو صورت پیوسته[12]و غیر پیوسته[13] انجام می گیرد. در خشک کن های مداوم به صورت پیوسته مواد و گاز خنک کننده وارد و خارج می شوند در روش ناپیوسته دستگاه خشک کن با مواد مرطوب باردهی شده و در آن تا خشک شدن باقی می ماند، سپس خالی شده و مجددا’ با مواد مرطوب پر می شود. خشک کردن معمولا به وسیله تبخیر آب در محصول انجام می شود. بنابراین یک منبع حرارتی باید استفاده شود. جریان هوایی با رطوبت پایین بهترین منبع حرارتی برای حذف رطوبت می باشد. انواع مختلف خشک کن در صنایع غذایی استفاده می شود. رایج ترین آن ها، خشک کن سینی دار یا کابینتی، تونلی، درام، بسترسیال، پاششی، چرخشی، غلطکی، خشک کن تحت خلا و انجمادی می باشد. (میشا و همکاران[14]،2013).  پرکاربردترین خشک کن جهت تولید پودر شیر، خشک کن پاششی می باشد. در ادامه برخی خشک کن ها مورد بحث قرار گرفته است:

1-3-2 خشک کن کابینتی یا سینی دار:

پرکاربردترین خشک کن جهت استفاده برای مواد غذایی جامد می باشد به این دلیل که طراحی آن ساده و اقتصادی است. غذا بر روی سینی هایی در یک ضخامت کمی قرار می گیرند و سپس در معرض جریان هوای داغ قرار می گیرند تا زمانی که به طور یکنواخت خشک شوند. انتقال جریان حرارت در میان سینی ها می تواند به صورت هدایت یا تشعشع باشد. عامل مناسب بودن خشک کن کابینتی، توزیع جریان هوای یکنواخت در طول سینی ها می باشد. (میشا و همکاران،2013).

2-3-2 خشک کن بستر سیال:

سیستم نسبتاً جدید که برای خشک کردن مواد غذایی ذره ای جامد طراحی شده است، در این سیستم، قطعات محصول در طول زمان لازم برای خشک شدن در داخل هوای گرم به حالت معلق و و شناور باقی می مانند. در خشک کن بستر سیال به دلیل حرارت شدید و انتقال جرم بین هوای خشک کن و ذرات، کوتاه است.  جابجایی محصول که در اثر سیالی شدن ذرات آن ایجاد می شود، موجب یکسان شدن سرعت خشک شدن در تمام سطوح ماده غذایی می گردد. (باکال و همکاران[15]، 2012).

3-3-2 خشک کن انجمادی:

خشک کن انجمادی یکی از پراهمیت ترین فرایند ها برای نگه داری مواد بیولوژیکی حساس به حرارت می باشد. در این روش حلال غذا (معمولا آب) و یا محیط سوسپانسیون در دمای پایین کریستاله شده و با کاهش فشار محیط، تصعید می شود. کاربرد این نوع خشک کن از مواد غذایی نسبتا ساده و قابل حفظ و نگه داری تا محصولات دارویی و بیوتکنولوژی پیچیده برای رشد باکتری ها و قارچ ها می باشد. علاوه بر این برای محصولات غذایی مثل قهوه، چای، میوه های ترد و سبزیجات، غذاهای آماده برای خوردن و بعضی از گیاهان معطر، مناسب می باشد. خشک کن انجمادی تکنولوژی فراوری استاندارد در بخش بیوسیتم می باشد که قادر هست محصولات با کیفیت بالا و پایدار را تولید کند. خشک کن انجمادی در مقایسه با سایر خشک کن ها دارای مزیت های از قبیل نگه داری و حفظ ساختار و ویژگی های بیوشیمیایی محصول، سطح بالای فعالیت زیستی، دمای پایین تر، شرایط تنشی پایین تر در مقایسه با سایر روش های خشک کردن، بازیافت بالای مواد فرار، و بالا بودن عمر نگه درای محصول می باشد. (سیورسکا[16]و لنارت، 2011).

4-3-2خشک کن پاششی:

1-4-3-2 مراحل خشک کردن پاششی:

استفاده از خشک کن پاششی در صنعت لبنیات می تواند به بیش از 170 سال قبل برگردد. شروع پیشرفت در این صنعت بعد از معرفی نازل ها و اتمایزر های چرخشی در سال 1910 اتفاق افتاد.

هوای محیط جهت حذف ناخالصی ها و مواد احتراق پذیر، فیلتر می شود و سپس تا دمای مشخص گرم می شود. ماده تغلیظ شده به وسیله یک اتمایزر چرخشی یا نازل فشاری، به تعداد زیادی از قطرات کوچک، تبدیل می شود. اتمایزر چرخشی در اروپا توسعه پیدا کرده است، در حالی که اتمایزر فشاری از امریکای شمالی سرچشمه می گیرد. بیشتر خشک کن ها برای رسیدن به انعطاف پذیری در تولید پودر به هر دو اتمایزر، مجهز شده است. سیستم های چند نازله هم مورد استفاده قرار می گیرد که در چنین سیستمی، به اشتراک گذاشتن مسیر های پخش شیر، منجر به آگلومره شدن می شود. پراکنده شدن شیر به وسیله نازل های فشاری در ژاپن، توسعه پیدا کرده است. این اتمایزر روزنه پهن برزگی دارد و میزان طول نازل به قطر آن نسبتا پایین است، که این امر، میزان جریان بالاتر، فشار نازل کمتر، و زاویه پاشش زیاد را نتیجه می دهد. (هنینگ و همکاران[17]،2005).

مایع پخش شده در محفظه خشک کن با هوای داغ مخلوط می شود. انواع گوناگون محفظه خشک کن برای خشک کردن شیر استفاده می شود. با اشاره به جریان هوا، دو نوع محفظه افقی و عمودی وجود دارد. سقف مخروطی شکل محفظه استوانه ایی، به طور رایج استفاده می شود که به دلیل ایمن بودن آن و پایداری آن به فشار بالا می باشد.

پایین محفظه می تواند پهن باشد که در این صورت به وسیله مکانیکی برای حذف پودر از محفظه نیاز است، یا می تواند مخروطی باشد که حذف پودر به وسیله نیروی جاذبه امکان پذیر است. محفظه افقی، یک وسیله مکانیکی، خراشنده یا پیچشی برای حذف پودر نیاز دارد.

در نهایت پودر تولیدی از هوای خروجی با استفاده از جدا کننده سیکلونی[18]، یا فیلتر کیسه ایی[19]، و یا نظیف کننده [20]بازیافت می شود. پودر در سیکلون به وسیله نیروی سانتریفیوژی جدا می شود. سپراتور های فرعی (فیلتر کیسه ایی یا اسکرابر مرطوب) معمولا بعد از سیکلون ها استفاده می شود. در فیلتر های کیسه ایی، پودر از هوا به وسیله کیسه های فیلتر که شامل بافتی است که کوچکتر از اجزای پودر می باشد، جدا می شود. در اسکرابر مرطوب، پودر از هوا به وسیله شستشوی هوا با یک مایع پاشنده جدا می شود. مایع شستشو دهنده از هوای تمیز با استفاده از سپراتور شبیه سیکلون جدا می شود. (هنینگ و همکاران،2005).

2-4-3-2 انواع سیستم های خشک کن پاششی: سیستم های خشک کن اسپری، با توجه به نیازهای مختلف طراحی و مورد استفاده قرار می گیرند. طراحی های متفاوت را می توان بر اساس نوع جریان (جریان همسو، مخالف و مختلط)، نوع چرخه هوا (چرخه باز، بسته و نیمه بسته)، تعداد مراحل (یک تا دومرحله ایی) و وضعیت دستگاه (افقی و عمودی) مطرح کرد. (ادیب کیا و همکاران،1391).

1-2-4-3-2 خشک کن با جریان همسو: در خشک کن با جریان همسو، مایع به ورودی هوای گرم خشک کننده، اسپری شده و هر دو در یک جهت از محفظه عبور می کنند. تبخیر اسپری سریع است و دمای هوای خشک کننده به سرعت به خاطر تبخیر آب کاهش می یابد. اغلب مواد دارویی، لبنیات، و دیگر محصولات غذایی حساس به حرارت ترجیحا در خشک کن با جریان همسو خشک می گردند. (ادیب کیا و همکاران،1391).

2-2-4-3-2 خشک کن با جریان مخالف: در طراحی این خشک کن، اسپری و هوا از دو انتهای مخالف به محفظه ی خشک کن وارد شده به صورتی که اتمایزر در موقعیت بالا و ورودی هوا در پایین است. خشک کن با جریان مخالف، تبخیر سریع تر و با بازده انرژی بالاتری نسبت به خشک کن با جریان همسو، ارائه می دهد. از آنجایی که ذرات خشک تر در تماس با گرمترین هوا قرار می گیرد، لذا این طرح برای محصولات حساس به حرارت مناسب نیست. (ادیب کیا و همکاران،1391).

3-2-4-3-2 خشک کن با جریان مختلط: این نوع از خشک کن، ترکیبی از جریان همسو و مخالف است. در خشک کن با جریان مخلوط هوا از بالا وارد می گردد و اتمایزر در پایین قرار دارد. مانند طراحی جریان مخالف، در خشک کن جریان مختلط نیز خشک ترین ذرات در معرض داغترین هواست. بنابراین این طراحی نیز برای محصولات حساس به حرارت استفاده نمی شود. (ادیب کیا و همکاران،1391).

4-2-4-3-2 خشک کن چرخه باز: در این نوع، هوای خشک کن از اتمسفر تامین گردیده، گرم شده، از طریق محفظه منتقل و سپس به جو تخلیه می گردد. این نوع چرخه شایع ترین طراحی می باشد که در شکل نشان داده شده است.( ادیب کیا و همکاران،1391)

[1] Full cream

[2] evaporation

[3] Anhydrous milk fat

[4] Fat-filled milk powder

[5] Non-caking whey powder

[6] Belt dryer

[7] Whey protein concentrate

[8] Ultra filtration

[9] Henning and et.al

[10] Lactic casein

[11] Mineral acid casein

[12] Continuouse

[13] bacth

[14] Misha and et.al.

[15] Bakal and et.al.

[16] Ciurzynska and lenart

[17] Henning and et.al

[18] Cyclone separator

[19] Bag filter

[20] Wet scrubber